四大触控萤幕技术各擅胜场

发布日期：2011-01-14 中国POS机网

随著触控产品的风行，四种触控技术也成为各界关注焦点，不论电阻式、投射电容式、表面电容式或光学式触控技术，其触控萤幕的基本结构十分类似，业者若运用基本的触控萤幕结构，搭配不同的触控技术，将可开发满足消费者需求的新型触控终端产品。

每家手机行、电器行及全球大多数消费性电子厂商皆销售触控萤幕产品，他们都声称自己是专家，并拥有最先进或最诱人的技术。但真是如此吗？目前有许多不同的触控萤幕技术，但针对不同产品区间的市场与应用需求，导致这些产品适合采用的技术也不尽相同，若了解现有技术的特色与其限制，将能帮助消费者选择最适合的技术。

五种基本元件打造触控系统

虽然触控萤幕产品有很多种，其触控萤幕产品要能够运作，其组成元件却大致类似。研发厂商不论是要开发新型触控萤幕手机、全球卫星定位系统(GPS)、搭载触控功能的医疗装置或是其他种类的触控产品，此类系统中都含有五种基本元件(图1)包含上覆镜片或前盖、触控控制器、触控萤幕感测器、萤幕系统与系统软体。

图1 触控萤幕的系统元件

上覆镜片是产品面向外部的元件，消费者透过该元件来和产品进行互动。在一些产品中，上覆镜片仅是一个保护性的覆层，防止机体被刮伤或损坏；或是触控感测系统的一部分。在采用其他技术的系统中，采用的是一个隐藏式微型摄影机或红外线感测器，用来侦测使用者的触碰行为。不论哪种技术，消费者对产品外貌与观感的认知，是业者决定采用何种上覆镜片材质的关键依据。当使用者接触到产品时，系统中的电子元件就会被启动来执行相关动作。在现今的系统中，触控控制器是一个小型微控制晶片，例如赛普拉斯(Cypress)的 TrueTouch，置于触控感测器与系统主控制器之间。这个晶片可置于系统内部控制机板上，或是连结到玻璃触控感测器的可挠曲电路板(FPC)上。这个触控控制器接收来自触控感测器的资讯，再把资讯转译成系统主控制器能解读的格式。

触控萤幕感测器则为一片透明玻璃或压克力板，拥有一个能对触碰动作产生反应的表面。这个感测器置于一个图形显示器之上，面板的触控区域覆盖了萤幕的可视区域。现今市面上有许多不同的触控感测器技术，每种技术采用不同的方法来侦测触碰的输入动作。但这些技术的基本运作方面，都是让一个电流经过面板，当面板被触碰时，会产生一个电压或讯号改变。触控控制器会侦测到电压改变的状况，藉此判断触碰点在萤幕上的位置。

此外，大多数触控萤幕系统建立在一个液晶萤幕(LCD)或新型主动式矩阵有机发光二极体(AMOLED)萤幕的上层来运作。触控式产品在选择萤幕时所评量的因素，和传统系统一样，因此包括解析度、清晰度、更新速度及成本。触控萤幕有一项重要考量因素，则是电磁辐射。由于触控感测器采用的技术，是根据在面板被触碰时产生微幅的电磁变化，因此会发射大量电磁杂讯的LCD就很难用来开发触控产品。

若没有系统软体来解读触碰讯号，触控系统硬体就变得毫无用处。系统软体让触控萤幕与系统控制器能搭配运作。苹果的iOS作业系统让大家见识到操控手势的功能，在许多程式中提供缩放、拖曳及旋转等手势功能。Windows 7也透过许多有趣的方式，把多点触控手势功能整合到核心作业系统与网际网路浏览器。晃动(Shake)手势能把所有非启用中视窗缩到最小。两指快速轻按，就能快速放大选取的软体图示。Android为研发业者提供一个极具弹性的架构，用来定义其专属操控手势，带动行动装置市场开发更多创新的手势功能。

电阻式触控技术成本最具优势

图2为触控萤幕技术的四种主要选择，其中电阻式触控萤幕仍是目前最常见的触控萤幕技术，这种技术被用在高流量的应用，萤幕的防水性与抗刮性较强。电阻式触控萤幕通常是成本最低的触控萤幕解决方案。由于其能对压力做出反应，因此可由手指、带著手套的手、触控笔或信用卡及指甲等其他物体来触动如任天堂 (Nintendo)DS游器机即采用一种四线式电阻式触控萤幕，可用塑胶触控笔来操作。

图2 触控萤幕技术的四种主要选择，由左至右依序为表面电容、红外线触控萤幕、电阻式触控萤幕与电容式触控。

表面电容式触控萤幕技术采用一个玻璃或塑胶上覆镜片，厚度为数公厘。这种设计提供清晰且更耐用的萤幕，胜过电阻式触控萤幕采用的弹性塑胶镜片。在表面电容萤幕中，位于萤幕四个角落的感测器会负责因触碰动作所导致的电容变化。这些触控萤幕仅能用手指或其他导电物体来作动。搭载触控萤幕的自动贩卖机或游戏机台，是这种萤幕的主要应用。表面电容萤幕的主要缺点是精准度。一般的位置误差率为萤幕尺寸的1～1.5%，这对于点选一张扑克牌或贩卖商品而言，已经够精准。

红外线或摄影机的触控萤幕技术不须对萤幕元件堆叠进行任何改变，因为其在萤幕的前方运作，此种技术适用于防破坏的应用。表面电容系统会观察电磁讯号的中断，红外线触控萤幕则会在萤幕的平面上观察红外线讯号的阻断。红外线系统大多数用在互动式资讯站或大型萤幕，因为其体积庞大且耗电可观。几乎任何能阻断红外线的物体都会被侦测到，这使得红外线技术适合用在戴著手套或被动式触控笔的场合(尽管触控笔的精准度相当低)。而微软 (Microsoft)Surface红外线技术采用红外线摄影机来侦测多点触控动作，不须在触控表面投射红外线。投影式电容触控萤幕是市场最新的技术，如苹果的iPod Touch与iPhone即采用此种触控萤幕。该技术亦提供优异的光学透明度，且能同时侦测多个触碰动作，并提供许多超越表面电容萤幕的显著优势。投影式电容触控感测器不须要进行位置校正，即可提供比表面电容高出甚多的位置精准度。

电阻/电容应用最广泛

电阻式与电容式是现今消费性电子产品最被广泛采用的触控萤幕技术。事实上，大多数人使用银行的自动柜员机或是商店的信用卡收银机时，就已经和电阻式触控萤幕进行互动。投射式电容触控萤幕则出现在手机上。电阻式与电容式技术都使用强固的氧化铟锡(ITO)透明导体作为主要技术元件，两者都在全世界大量运用。

电阻式触控萤幕含有一个弹性的顶层，之后是一层ITO、一个空气层及另一层ITO。ITO层通常连接四、五或八线的电路，包括X层的左侧与右侧各一，还有Y层的上方与下方各一。

当弹性顶层板被按压后，接触到下层板时，系统就会侦测到触控动作。系统透过两个侦测来量测出触碰的位置：首先，X层右侧施加一个已知的电压，X层左侧施以接地电压，然后从一个Y感测器读出电压，此步骤会得到X轴位置，之后再到另一轴上重复这个步骤，即可推算出手指的确切位置。

电阻式触控萤幕还提供五线与八线版本。五线版本把顶层的ITO层换成一个低电阻导电层，提供更好的耐用性。而八线型面板提供更高的解析度，能针对面板的各种属性进行更好的校正。

ITO层均匀与否影响电阻触控准确

电阻式技术的优点，包括可轻松在10寸以上大尺寸萤幕上侦测任何非导电性物体的按压动作。此项特点让电阻式触控萤幕成为触控笔输入产品的优先技术选项。然而电阻式技术本身有许多缺点，如弹性的顶层很容易刮伤，透光度仅有75凛80%，且电阻式触控萤幕的量测程序中有多个错误来源。若ITO层不均匀，感测器各处的电阻就不会呈线性分布。系统需要10或12位元精准度的电压量测能力，在许多环境中很难达到如此高的精准度。现今许多电阻式触控萤幕须要定期校正，重新对齐触控点与底层的LCD影像。

相反的，投影式电容触控萤幕的LCD与使用者之间就只有ITO与玻璃，这层玻璃的透光度接近100%。投影电容感测硬体包含一个玻璃或压克力顶层，之后是排列整齐的X与Y轴感测器，透过沉积或蚀刻制程置于ITO层上，采用单层(最低成本)或不同分层的设计，配合制造商采用的制程。面板透过一条线路连结X与 Y轴感测器，因此一个10×14的面板会有二十四个连结器，12×20的面板则有三十二个感测器连结器。

当一个手指或其他导电物体接近萤幕时，会在感测器与手指之间产生一个电容。这个电容低于系统中的其他电容，约为0.5pF比上20pF，但可透过许多技巧来量测，通常包括对线路内电容进行快速充电，然后透过一个电阻来量测放电时间。通常采用两种感测法，包括互电容器型与自电容型感测。自电容型感测法会侦测出当手指触碰萤幕时，感测器自电容的增加状况。互电容器型技术则会测出传输感测器与接受感测器之间的电容耦合下降状况(图3)。